振動試驗中夾具模態的抑制與應用*

馮海波,辛 穎

(成都凱天電子股份有限公司,四川 成都 610073)

0 引 言

航空發動機零部件高周疲勞是引起發動機故障的主要原因之一,為了確保部件結構的可靠性,在設計階段,需要按照國軍標對各型零部件進行高周疲勞試驗,以獲得其結構壽命[1-2]。常規壓氣機葉片以及低壓低頻率渦輪葉片的高周疲勞試驗技術已基本成熟,國內外專家均能根據葉片的工作邊界條件進行高周疲勞試驗。而對于較高剛度高頻率(2 000～4 000 Hz)的渦輪葉片,其工作環境更加惡劣。由于渦輪葉片質量大、剛度大、頻率高,進行高周疲勞試驗需要較大的激振加速度才能產生高周裂紋,而普通振動臺無法提供大的激振加速度。國內解決這一問題的方法通常是在葉尖焊接配重[3],人為降低葉片頻率。但該方法一定程度上改變了葉身原有應力分布,因而得不到可信的疲勞試驗結果;另一方面,由于焊接工藝的影響,焊接配重塊在激振過程中容易逐漸脫落,導致頻率持續下降,無法穩定,給試驗的進行帶來巨大阻礙。因此,需要另外尋找方法以從根本上解決激振力不足的問題。

按照國軍標要求,保證試驗質量的關鍵在于合理設計符合試件高周疲勞試驗的夾具,試驗時夾具與試驗件均處于共振狀態,以增加試驗件所受激振加速度,從而滿足試驗要求。

為解決高頻率、高剛度試驗件難以在普通振動臺上直接激振產生高周裂紋的問題,筆者首先介紹振動試驗夾具的基本設計要求和原則,然后論證夾具模態對振動試驗的影響機理;隨后設計形成針對高頻率、高剛度試驗件的振動試驗夾具,并闡述振動試驗夾具本身對試驗結果的影響,強調了模態抑制與應用對解決振動臺加速度不足的重要性。……